Kohlendioxid als Rohstoffquelle für die Industrie

Eine Reihe aktueller Forschungsprojekte zeigt, dass Kohlendioxid durchaus als Rohstoff geeignet ist – vor allem auch für die Textilindustrie.

04.09.2019

Kohlendioxid kennt man heute vor allem als Treibhausgas, das in großen Mengen als Abfall bei der Verbrennung von Erdöl und Erdgas oder auch in der chemischen Industrie entsteht. Als Rohstoff lässt sich Kohlendioxid bislang bedauerlicherweise kaum nutzen, weil es chemisch sehr reaktionsträge ist und sich damit schlecht weiterverarbeiten lässt. Doch inzwischen gibt es erste vielversprechende Ansätze, mit denen sich das verhasste Klimagas künftig doch in einen Rohstoff verwandeln ließe, von dem auch die Textilindustrie profitieren könnte.

Kohlendioxid ersetzt Erdöl

Einen wichtigen Schritt in diese Richtung gehen jetzt beispielsweise Chemiker von der Firma Covestro gemeinsam mit Experten vom Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University. Sie verwenden ein von Covestro entwickeltes Polymer, das zum Teil auf Basis von Kohlendioxid hergestellt wird, und stellen daraus Textilfasern her, die künftig unter anderem zu Strümpfen oder medizinischen Textilien weiterverarbeitet werden sollen.

Möglich wurde dieser neue Ansatz durch einen von Covestro entwickelten Katalysator, mit dem sich das Kohlendioxid chemisch aktivieren und zu einem Polymer verarbeiten lässt. Für gewöhnlich basieren Polymere auf Erdöl. Dank des Katalysators aber lässt sich dem Polymer jetzt reines Kohlendioxid beimischen, sodass sich der Anteil des Erdöls deutlich verringert. Covestro vertreibt dieses Polymer unter dem Namen Cardyon, das zu einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) weiterverarbeitet werden kann. Dieses Polyurethan wiederum lässt sich durch Wiedererhitzen verflüssigen und kann so in Form gebracht werden. Bislang werden daraus Matratzen und Unterbeläge für Sportböden hergestellt. Mit dem Kooperationsprojekt soll jetzt die Textilbranche erschlossen werden.

Schmelzspinnverfahren liefert feine PU-Fasern

Die Partner aus Aachen haben dafür ein Schmelzspinnverfahren entwickelt, mit dem das Polyurethan aufgeschmolzen, zu sehr feinen Fäden gepresst und schließlich zu einem Garn aus Endlosfasern verarbeitet wird. Aktuell arbeiten die Forscher daran, das Verfahren auf Industriemaßstab hochzuskalieren und die neuartigen Fasern zur Marktreife zu bringen. Der Vorteil gegenüber dem sogenannten Trockenspinnen, mit dem herkömmliche elastische Kunstfasern wie etwa Elastan oder Spandex produziert werden, besteht unter anderem darin, dass das Schmelzspinnverfahren ohne umweltschädliche Lösungsmitteln auskommt.

Kohlendioxid aus der Atmosphäre fischen

Bislang nutzt Covestro Kohlendioxid, das als Nebenprodukt bei anderen chemischen Prozessen anfällt. Doch künftig könnte es möglich sein, Kohlendioxid direkt aus der Atmosphäre zu gewinnen – und damit zugleich dem Klimawandel entgegen zu wirken. Das Problem besteht darin, dass Kohlendioxid nur in sehr geringer Konzentration in der Atmosphäre vorkommt und Anlagen zur Abtrennung des Gases aus der Luft, sogenannte Direct-Air-Capture-Anlagen, deshalb sehr viel Energie verbrauchen. Die junge Firma Climeworks aber, eine Ausgründung aus der ETH Zürich, hat jetzt eine Anlage entwickelt, mit der sich schon in wenigen Jahren Kohlendioxid effizient gewinnen lassen soll. Die Luft wird über Ventilatoren angesaugt und dann über Spezialfilter aus pflanzlicher Zellulose geführt, welche das Kohlendioxid binden. Sind die Filter gesättigt, werden sie auf 100 Grad erhitzt, wodurch das Kohlendioxid wieder frei wird. Das Gas wird gespeichert und steht damit für viele Industrieprozesse zur Verfügung. Die aktuelle Pilotanlage filtert jährlich rund 900 Tonnen Kohlendioxid aus der Luft.

Holz in langlebige Carbonfasern verwandeln

Zellulose und Kohlendioxid hängen natürlich noch auf andere Weise miteinander zusammen: So nehmen Pflanzen über die Photosynthese große Mengen an Kohlendoxid aus der Luft auf, um daraus Zucker aufzubauen, aus denen letztlich auch die Zellulose und die Holzsubstanz Lignin bestehen. Verbrennt man das Holz, wird das Kohlendioxid wieder frei. In Sachen Klimaschutz ist damit nichts gewonnen. Verarbeitet man das Holz hingegen zu langlebigen Produkten, dann bleibt das von den Pflanzen aufgenommene Kohlendioxid für lange Zeit gespeichert. Genau das wollen jetzt die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf in einer Forschungskooperation mit dem Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg erreichen: das Ziel ist die Herstellung von hochwertigen Carbonfasern aus Buchenholz. Im Detail sollen neue Herstellungsverfahren entwickelt werden, mit denen sich aus Buchenholz hergestellte Zellulose- und Ligninfasern in Carbonfasern für technische Anwendungen verwandeln lassen. Mögliche Einsatzgebiete sind der Automobil- oder Flugzeugbau sowie die Bauindustrie, in der Carbon künftig als Alternative zum Stahl verstärkt zum Einsatz kommen wird.

Bisher werden Carbonfasern vor allem aus Polyacrylnitril hergestellt. Dieser Ausgangsstoff basiert auf Erdöl und ist giftig; auch entstehen bei der Verarbeitung giftige Abgase, die gereinigt werden müssen. Dies sowie ein energieintensiver Prozess machen das Verfahren sehr kostspielig und ökologisch unattraktiv. Dem DITF ist es im Labormaßstab bereits gelungen, mit dem neuen, energie- und kostensparenden Verfahren aus Buchenzellstoff und Buchenlignin erste Carbonfasern herzustellen.

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